DE69112572T2

DE69112572T2 - Method for controlling a stepper motor and device for carrying out this method.

Info

Publication number: DE69112572T2
Application number: DE69112572T
Authority: DE
Inventors: Taghezout Daho
Original assignee: Ebauchesfabrik ETA AG
Current assignee: Ebauchesfabrik ETA AG
Priority date: 1990-11-07
Filing date: 1991-10-26
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2011-10-27
Also published as: US5280226A; EP0484770B1; FR2668866B1; EP0484770A1; FR2668866A1; DE69112572D1; JPH06343299A; JP3263108B2

Description

Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand ein Verfahren zum Steuern eines Schrittmotors mit einer Spule und einem Rotor, der einen mit der Spule magnetisch gekoppelten Permanentmagneten enthält, welches Verfahren das Anlegen eines Antriebsimpulses an die Spule jedesmal dann umfaßt, wenn der Rotor um einen Schritt drehen muß und die Messung der Größe der mechanischen Energie umfaßt, die von dem Motor während des Antriebsimpulses geliefert wird, welche Messung auf einer Bestimmung dieser mechanischen Energie, ausgehend von Werten der Spannung und des Stromes, angelegt an die Motorspule, basiert.The present invention relates to a method for controlling a stepping motor having a coil and a rotor containing a permanent magnet magnetically coupled to the coil, which method comprises applying a drive pulse to the coil each time the rotor must rotate by one step and measuring the amount of mechanical energy delivered by the motor during the drive pulse, which measurement is based on a determination of this mechanical energy from values of voltage and current applied to the motor coil.

Sie hat auch zum Gegenstand eine Vorrichtung für die Ausführung dieses Verfahrens.It also relates to a device for carrying out this process.

Die Mehrzahl der gegenwärtig in Vorrichtungen geringer Abmessungen, wie Zeitmeßeräten, eingesetzten Schrittmotoren wird von Antriebsimpulsen angesteuert, die eine feste Dauer aufweisen, hinreichend lang, daß der Rotor dieser Motoren um einen Schritt in Reaktion auf jeden dieser Impulse dreht, selbst dann, wenn das Widerstandsmoment, das auf den Rotor wirkt, gleich dem maximalen Moment ist, das diese Motoren liefern können.The majority of stepper motors currently used in small-scale devices, such as timepieces, are driven by drive pulses having a fixed duration, sufficiently long for the rotor of these motors to rotate by one step in response to each of these pulses, even when the resistive torque acting on the rotor is equal to the maximum torque that these motors can deliver.

Diese Art der Ansteuerung dieser Schrittmotoren ist sehr einfach und erfordert keine komplizierten Mittel für die Durchführung.This type of control of these stepper motors is very simple and does not require any complicated means to implement.

Wenn jedoch ein Schrittmotor in dieser Weise gesteuert wird, verbraucht er eine hohe Quantität an elektrischer Energie als reinem Verlust, weil während der großen Mehrzahl der Antriebsimpulse das auf den Rotor wirkende Widerstandsmoment viel geringer ist als das maximale Moment, das er liefern kann.However, when a stepper motor is controlled in this way, it consumes a large quantity of electrical energy as pure loss because during the vast majority of drive pulses the resistive torque acting on the rotor is much less than the maximum torque it can deliver.

Ferner ist die Funktionssicherheit eines Schrittmotors, der auf diese einfache Weise angesteuert wird, nicht sehr hoch, weil die Antriebsimpulse, die er empfängt, in bestimmten Fällen eine Drehung seines Rotors um mehr als einen Schritt hervorrufen können oder sogar die Rückkehr des Rotors in seine Ausgangsposition.Furthermore, the reliability of a stepper motor controlled in this simple way is not very high because the drive pulses it receives can, in certain cases, cause its rotor to rotate by more than one step or even cause the rotor to return to its initial position.

Um die Nutzlebensdauer von Batterien zu steigern, welche elektrische Energie liefern, die erforderlich ist für das Funktionieren der oben erwähnten Vorrichtungen, hat man zahlreiche Verfahren vorgeschlagen, die auf das Herabsetzen der elektrischen Energiegröße abzielen, welche von diesen Motoren verbraucht werden, indem indirekt während jedes Antriebsimpulses das Widerstandsmoment gemessen wird, das an dem Rotor anliegt, und um diesen Antriebsimpuls in Abhängigkeit von diesem Maß zu unterbrechen.To increase the useful life of batteries, which provide electrical energy required for the functioning of the devices mentioned above, numerous methods have been proposed aimed at reducing the amount of electrical energy consumed by these motors by indirectly measuring the resistive torque applied to the rotor during each drive pulse and interrupting this drive pulse as a function of this measure.

So beschreibt beispielsweise das Patent US-A-4 772 840 ein solches Ansteuerungsverfahren eines Schrittmotors. Gemäß diesem Verfahren wird die mechanische, von diesem Motor gelieferte Energie während jedes Antriebsimpulses gemessen wie auch die Zeit, die von dieser mechanischen Energie benötigt wird, um einen Referenzwert zu erreichen, welche Zeit abhängt vom Widerstandsmoment, das an dem Rotor dieses Motors während dieses Antriebsimpulses anliegt.For example, patent US-A-4 772 840 describes such a method of controlling a stepper motor. According to this method, the mechanical energy supplied by this motor is measured during each drive pulse, as well as the time required for this mechanical energy to reach a reference value, which time depends on the resistance torque applied to the rotor of this motor during this drive pulse.

Die optimale Dauer des Antriebsimpulses wird bestimmt in Abhängigkeit von dieser gemessenen Zeit, und dieser Antriebsimpuls wird am Ende dieser optimalen Dauer unterbrochen.The optimal duration of the drive pulse is determined depending on this measured time, and this drive pulse is interrupted at the end of this optimal duration.

Dieses Verfahren ermöglicht theoretisch die Herabsetzung der Größe der elektrischen Energie, die von einem Schrittmotor verbraucht wird bis auf einen kleinstmöglichen Wert, unabhängig von dem Widerstandsmoment, das auf den Rotor dieses Motors einwirkt.This method theoretically allows the reduction of the amount of electrical energy consumed by a stepper motor to the smallest possible value, regardless of the resistance torque acting on the rotor of this motor.

Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Beziehung zwischen der Zeit, die von der mechanischen Energie, geliefert von dem Motor während eines Antriebsimpulses, verbraucht wird, um den Referenzwert zu erreichen, und die optimale Dauer dieses Antriebsimpulses von elektrischen und magnetischen Charakteristiken dieses Motors abhängen.However, this method has the disadvantage that the relationship between the time consumed by the mechanical energy supplied by the motor during a drive pulse to reach the reference value and the optimal duration of this drive pulse depends on the electrical and magnetic characteristics of this motor.

Diese Beziehung muß demgemäß experimentell für jeden Motortyp bestimmt werden, was ein langer und teurer Arbeitsgang ist.This relationship must therefore be determined experimentally for each engine type, which is a long and expensive process.

Man weiß andererseits, daß der Rotor von Schrittmotoren einem Positioniermoment unterliegt, das die Tendenz hat, ihn in der einen oder anderen seiner Ruhepositionen oder stabilen Gleichgewichtspositionen zu halten oder ihn dahin zu bringen, und daß während jeder Drehung, die er ausführt in Reaktion auf einen Antriebsimpuls dieser Rotor durch eine instabile Gleichgewichtsposition geht, die sich im wesentlichen auf halbem Wege zwischen der Gleichgewichtsposition, die er verläßt, und jener befindet, die er erreichen soll.It is known, on the other hand, that the rotor of stepping motors is subject to a positioning moment which tends to maintain it in or to bring it to one or other of its rest positions or stable equilibrium positions, and that during each rotation which it performs in response to a drive impulse, this rotor passes through an unstable equilibrium position which is located substantially halfway between the equilibrium position which it leaves and that which it is intended to reach.

Wenn ein Schrittmotor gemäß dem oben beschriebenen Verfahren gesteuert wird, hat demgemäß sein Rotor am Ende eines Antriebsimpulses nur etwa ein Drittel seiner Winkeldistanz durchlaufen, die seine Anfangsruheposition, die er verläßt, von seiner zu End-Ruheposition trennt, d.h. jener, die er erreichen muß. Dieser Rotor hat demgemäß noch nicht die instabile Gleichgewichtsposition erreicht, die sich zwischen diesen beiden Ruhepositionen befindet, und das Positioniermoment, das auf ihn einwirkt, ist seiner Drehung entgegengerichtet und hat die Tendenz, ihn in seine Ausgangsposition zurückzubringen.Thus, when a stepping motor is controlled according to the method described above, at the end of a drive pulse its rotor has only travelled about one third of the angular distance separating its initial rest position, which it is leaving, from its final rest position, i.e. the one it must reach. This rotor has therefore not yet reached the unstable equilibrium position located between these two rest positions, and the positioning torque acting on it is opposite to its rotation and tends to return it to its initial position.

Normalerweise genügt die kinetische Energie, die in diesem Rotor am Ende eines Antriebsimpulses angesammelt wurde, um dieses Positioniermoment zu überwinden und diesen Rotor mindestens bis in die instabile, oben erwähnte Gleichgewichtsposition zu bringen, wo dieses Positioniermoment sich annuliert, seine Richtung umkehrt und die Drehung des Rotors bis in seine endgültige Ruheposition bewirkt.Normally, the kinetic energy accumulated in this rotor at the end of a drive pulse is sufficient to overcome this positioning moment and bring this rotor at least to the unstable equilibrium position mentioned above, where this positioning moment cancels out, reverses its direction and causes the rotation of the rotor to its final rest position.

Wenn jedoch das Widerstandsmoment, das auf diesen Rotor einwirkt, sich plötzlich erhöht, beispielsweise infolge eines Schocks unmittelbar nach dem Ende eines Antriebsimpulses, gibt es ein großes Risiko, daß die kinetische Energie dieses Rotors unzureichend ist, um ihn seine instabile Gleichgewichtsposition erreichen zu lassen, und daß dieser Rotor demgemäß in seine Anfangsruheposition zurückkehrt.However, if the resistance torque acting on this rotor suddenly increases, for example as a result of a shock immediately after the end of a driving impulse, there is a great risk that the kinetic energy of this rotor will be insufficient to allow it to reach its unstable equilibrium position and that this rotor will accordingly return to its initial rest position.

Darüberhinaus können die Charakteristiken der diversen Komponenten von Vorrichtungen, welche von diesen Motoren gesteuert werden sollen, indem man dieses Verfahren anwendet, ebenfalls von einer Vorrichtung zur anderen unterschiedlich sein, und für jede einzelne Vorrichtung können sie sich verändern in Abhängigkeit von der Zeit und/oder diversen Einflüssen, welchen diese Vorrichtung unterworfen wird.Furthermore, the characteristics of the various components of devices to be controlled by these motors using this method may also vary from one device to another and, for each individual device, may vary depending on time and/or various influences to which this device is subjected.

Diese Veränderungen können zur Folge haben, daß der Rotor eines gemäß dem oben beschriebenen Verfahren gesteuerten Motors sich nicht korrekt in Reaktion auf einen Antriebsimpuls dreht, selbst dann, wenn das auf den Rotor während dieses Antriebsimpulses und/oder nach demselben wirkende Widerstandsmoment kleiner ist als das maximale Drehmoment, das der Motor liefern kann.These variations may result in the rotor of a motor controlled according to the method described above not rotating correctly in response to a drive pulse, even if the resistive torque acting on the rotor during and/or after that drive pulse is less than the maximum torque that the motor can deliver.

Man erkennt demgemäß, daß die Funktionssicherheit eines gemäß dem oben beschriebenen Verfahren angesteuerten Motor nicht ebenso hoch ist, wie man erwarten könnte.It can therefore be seen that the functional reliability of a motor controlled according to the method described above is not as high as one might expect.

Wenn man diese Funktionssicherheit verbessern will, ist es erforderlich, die Steuervorrichtungen, welche dieses Verfahren ausführen, um eine Schaltung zu komplettieren, die in der Lage ist, die eventuelle Nichtdrehung des Rotors des ihr zugeordneten Motors zu erkennen und diesem Motor infolge dieser Erkennung sogenannte Aufholimpulse zuzuführen, während welchen die elektrische Energie, die ihm zugeführt wird, mindestens gleich jener ist, die er erhalten muß, damit das Drehmoment, das er liefert, seinen maximalen Wert annimmt.If it is desired to improve this operational reliability, it is necessary to complete the control devices which carry out this process with a circuit capable of detecting any non-rotation of the rotor of the motor associated with it and, following this detection, of supplying to this motor so-called catch-up pulses, during which the electrical energy supplied to it is at least equal to that which it must receive in order for the torque it delivers to assume its maximum value.

Diese Aufholimpulse haben jedoch den Nachteil, daß sie in bestimmten Fällen eine Drehung des Rotors dieses Motors um mehr als einen Schritt bewirken können oder sogar die Rückkehr dieses Rotors in seine Ausgangsposition. In diesem Falle wird offensichtlich die Funktionssicherheit des Motors nicht verbessert.However, these catch-up pulses have the disadvantage that in certain cases they can cause the rotor of this motor to rotate by more than one step or even cause this rotor to return to its initial position. In this case, the operational reliability of the motor is obviously not improved.

Andererseits sind in der Konzeption und Realisierung von Schrittmotoren ,ihren Steuerschaltungen und den Quellen, Batterien oder Akkumulatoren, welchen diesen Motoren und diesen Schaltungen die notwendige elektrische Energie für ihre Funktion zur Verfügung stellen, deutliche Fortschritte gemacht worden. Daraus folgt, daß es gegenwärtig nicht mehr so wichtig ist wie in der Vergangenheit, soweit wie möglich den Verbrauch von Schrittmotoren zu verringern, wenn diese in solchen Vorrichtungen eingesetzt werden, deren Abmessungen sehr begrenzt sind, wie etwa elektronischen Armbanduhren.On the other hand, significant progress has been made in the design and manufacture of stepping motors, their control circuits and the sources, batteries or accumulators which provide these motors and these circuits with the electrical energy necessary for their operation. It follows that it is now no longer as important as in the past to reduce as much as possible the consumption of stepping motors when they are used in devices whose dimensions are very limited, such as electronic wristwatches.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, ein Steuerverfahren eines Schrittmotors vorzuschlagen, umfassend das Anlegen an die Spule dieses Motors eines Antriebsimpulses jedesmal dann, wenn sein Rotor um einen Schritt drehen muß, und umfassend die Messung der mechanischen, von diesem Motor während dieses Antriebsimpulses gelieferten Energiegröße, dank welchem Verfahren die Funktionssicherheit des Motors deutlich größer ist als dann, wenn dieser Motor gemäß einem der bekannten Verfahren angesteuert wird, und dank welchem der elektrische Energieverbrauch nicht viel größer ist, als wenn er gemäß dem Verfahren angesteuert würde, beschrieben in dem Patent US-A-4 772 840, das bereits erwähnt wurde.An aim of the present invention is therefore to propose a method of controlling a stepping motor, comprising applying to the coil of said motor a drive pulse each time its rotor must rotate by one step, and comprising measuring the amount of mechanical energy delivered by said motor during said drive pulse, thanks to which method the reliability of the motor is significantly greater than when said motor is controlled according to one of the known methods, and thanks to which the electrical energy consumption is not much greater than when it is controlled according to the method described in the patent US-A-4 772 840 already mentioned.

Dieses Ziel wird durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie die Erfassung, während jedes Antriebsimpulses, des Zeitpunktes umfaßt, zu welchem die von dem Motor gelieferte mechanische Energiegröße ihren Maximalwert durchläuft und abzunehmen beginnt, und die Unterbrechung dieses Antriebsimpulses zu diesem Zeitpunkt umfaßt.This aim is achieved by the method according to the present invention, which is characterized in that it comprises detecting, during each drive pulse, the instant at which the amount of mechanical energy supplied by the motor passes through its maximum value and begins to decrease, and interrupting this drive pulse at that instant.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung eines Schrittmotors vorzuschlagen, umfassend Mittel für das Anlegen eines Antriebsimpulses an die Spule dieses Motors jedesmal dann, wenn sein Rotor um einen Schritt drehen muß, und Mittel zum Messen der von diesem Motor während jedes Antriebsimpulses gelieferten Größe der mechanischen Energie, welche Messung auf einer Bestimmung dieser mechanischen Energie beruht, ausgehend von den Werten der Spannung und des Stromes, die an die Motorspule angelegt werden. Dank dieser Einrichtung wird die Funktionssicherheit dieses Motors deutlich größer, als wenn dieser Motor gesteuert wäre durch eine der bekannten Vorrichtungen, und der Verbrauch an elektrischer Energie dieses Motors ist nicht merkbar größer, als wenn er gesteuert würde durch eine Vorrichtung, wie jene, die in dem Patent US-A-4 772 840, bereits erwähnt, beschrieben ist.Another aim of the present invention is to propose a control device for a stepping motor comprising means for applying a drive pulse to the coil of said motor each time its rotor must rotate by one step, and means for measuring the amount of mechanical energy delivered by said motor during each drive pulse, said measurement being based on a determination of said mechanical energy from the values of the voltage and current applied to the motor coil. Thanks to this device, the reliability of said motor is significantly greater than if said motor were controlled by one of the known devices, and the consumption of electrical energy by said motor is not appreciably greater than if it were controlled by a device such as that described in the patent US-A-4 772 840, already mentioned.

Dieses Ziel wird erreicht durch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie Erfassungsmittel zum Erzeugen, während jedes Antriebsimpulses, eines Erfassungssignals umfaßt für den Zeitpunkt, wo die mechanische Energie einen Maximalwert durchläuft und abzunehmen beginnt, und Mittel zum Unterbrechen des Antriebsimpulses in Reaktion auf diese Erfassung.This aim is achieved by the device according to the present invention, which is characterized in that it comprises detection means for generating, during each drive pulse, a detection signal for the moment when the mechanical energy passes through a maximum value and begins to decrease, and means for interrupting the drive pulse in response to this detection.

Die vorliegende Erfindung wie auch andere ihrer Ziele und Vorteile ist besser verständlich anhand der nachfolgenden Beschreibung, in der auf die beigefügten Zeichnungen bezuggenommen wird, in welchen:The present invention, as well as other objects and advantages thereof, will be better understood from the following description, which refers to the accompanying drawings, in which:

- Fig. schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;- Fig. 1 schematically shows an embodiment of a device according to the invention;

- Fig. 2 ein Diagramm zeigt, das gemessene Signale an verschiedenen Punkten des Schemas der Fig. 1 wiedergibt;- Fig. 2 shows a diagram representing measured signals at different points of the scheme of Fig. 1;

- Fig. 3 ein Diagramm ist, das die Veränderung der von einem Schrittmotor während eines Antriebsimpulses gelieferten mechanischen Energie wiedergibt; und- Fig. 3 is a diagram showing the variation of the mechanical energy delivered by a stepper motor during a drive pulse; and

- Fig. 4, 5 und 6 schematisch und in Teilen andere Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigen.- Fig. 4, 5 and 6 show schematically and in parts other embodiments of the device according to the invention.

Die in Fig. 1 als Beispiel und nicht als Beschränkung dargestellte Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dazu bestimmt, den Schrittmotor eines elektronischen Zeitmeßgeräts anzusteuern.The device according to the invention shown in Fig. 1 as an example and not as a limitation is intended to control the stepper motor of an electronic timepiece.

Dieser Motor, der ebenfalls schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, in der er mit dem Bezugszeichen M markiert ist, wird hier nicht beschrieben, weil es sich um irgendeinen der diversen Typen von Motoren handeln kann, die bekannt sind und die insbesondere in elektronischen Zeitmeßgeräten eingesetzt werden.This motor, which is also shown schematically in Fig. 1, where it is marked with the reference M, is not described here because it can be any of the various types of motors that are known and used in particular in electronic timepieces.

Es sei nur einfach erwähnt, daß diese Motoren einen Rotor umfassen, der einen Permanentmagneten enthält, der generell bipolar ist, jedoch auch mehrpolig sein kann, sowie mindestens eine Spule, die magnetisch mit diesem Permanentmagneten gekoppelt ist. Diese Motoren umfassen ferner Mittel, welche von unterschiedlicher Natur sein können, die dazu bestimmt sind, an diesen Rotor ein Positioniermoment anzulegen, d.h. ein Moment, das die Tendenz hat, diesen Rotor in der einen oder anderen einer bestimmten Anzahl von Ruheposition zu halten oder in diese zu bringen.It should simply be mentioned that these motors comprise a rotor containing a permanent magnet, which is generally bipolar, but may also be multipolar, and at least one coil magnetically coupled to this permanent magnet. These motors also comprise means, which may be of a different nature, intended to apply to this rotor a positioning torque, i.e. a torque which tends to maintain or bring this rotor into one or other of a certain number of rest positions.

Die Vorrichtung der Fig. 1 umfaßt in herkömmlicher Weise einen Oszillator 1, dessen Ausgang 1a mit dem Eingang 2a eines Frequenzteilerschaltkreises 2 verbunden ist. Dieser Oszillator 1 und dieser Teilerschaltkreis 2 werden hier nicht weiter beschrieben, da sie von irgendeiner der verschiedenen Oszillator- und Teilerschaltkreistypen sein können, die Fachleuten bekannt sind.The device of Fig. 1 comprises, in a conventional manner, an oscillator 1, the output 1a of which is connected to the input 2a of a frequency divider circuit 2. This oscillator 1 and this divider circuit 2 will not be described further here, since they may be of any of the various types of oscillator and divider circuits known to those skilled in the art.

Es sei einfach erwähnt, daß der Ausgang des Oszillator 1 ein periodisches Logiksignal erzeugt, d.h. ein Signal mit dem Logikzustand "0" während eines Teils, beispielsweise der Hälfte seiner Periode, und dem Logikzustand "1" während des Restes dieser Periode. Dieses Logiksignal, das in der nachfolgenden Beschreibung als Signal bezeichnet wird, hat in diesem Beispiel eine Frequenz von 32768 Hz wie in der Mehrzahl der elektronischen Zeitmeßgeräte, die gegenwärtig erhältlich sind.It should simply be mentioned that the output of the oscillator 1 produces a periodic logic signal, that is, a signal with the logic state "0" during a part, say half of its period, and the logic state "1" during the rest of this period. This logic signal, which will be referred to as signal in the following description, has a frequency of 32768 Hz in this example as in the majority of electronic timepieces currently available.

Es sei außerdem erwähnt, daß die Teilerschaltung 2 drei Ausgänge 2b, 2c und 2d umfaßt, die jeder ein periodisches Logiksignal abgeben. Diese Signale, die als Signal 2b' Signal 2c und Signal 2d in der nachfolgenden Beschreibung bezeichnet werden, haben die Frequenzen von 16384 Hz, 8192 Hz und 1 Hz.It should also be noted that the divider circuit 2 comprises three outputs 2b, 2c and 2d, each of which outputs a periodic logic signal. These signals, which are referred to as signal 2b', signal 2c and signal 2d in the following description, have the frequencies of 16384 Hz, 8192 Hz and 1 Hz.

Das Signal 2d liegt am Eingang 3a eines Antriebsimpulsformerschaltkreises 3, der zwei Ausgänge 3b und 3c besitzt, jeder verbunden mit einer der Klemmen der Spule des Motors M, welche Spule nicht getrennt in dieser Figur 1 dargestellt ist.The signal 2d is applied to the input 3a of a drive pulse shaping circuit 3 which has two outputs 3b and 3c, each connected to one of the terminals of the coil of the motor M, which coil is not shown separately in this figure 1.

Dieser Formerschaltkreis 3 wird hier nicht im Detail beschrieben, weil seine Konzeption dem Fachmann bekannt ist und unter anderem von der Natur der Antriebsimpulse abhängt, die er an den Motor M liefern muß. Man weiß nämlich, daß in bestimmten Fällen ein Schrittmotor, wie der Motor M, von Antriebsimpulsen gesteuert werden muß, die als "Konstantspannungsimpulse" bezeichnet werden, d.h. während welcher die Spule dieses Motors ständig mit einer Quelle verbunden ist, welche unter einer konstanten Spannung die elektrische Energie liefert, die für seine Funktion erforderlich ist. Man weiß auch, daß in anderen Fällen ein solcher Schrittmotor von Impulsen angesteuert werden muß, die als "zerhackt" bezeichnet werden, d.h. während welcher die Verbindung seiner Spule mit der Quelle alternierend hergestellt und unterbrochen wird.This shaping circuit 3 is not described in detail here because its design is known to those skilled in the art and depends, among other things, on the nature of the drive pulses it must deliver to the motor M. It is known that in certain cases a stepping motor such as the motor M must be controlled by drive pulses called "constant voltage pulses", i.e. during which the coil of this motor is constantly connected to a source which, under a constant voltage, supplies the electrical energy required for its operation. It is also known that in other cases such a stepping motor must be controlled by pulses called "chopped", i.e. during which the connection of its coil to the source is alternately established and interrupted.

Man weiß auch, daß in noch anderen Fällen ein solcher Schrittmotor von Antriebsimpulsen angesteuert werden muß, die als Konstantstromimpulse bezeichnet werden, während welcher der Strom, der seine Spule durchfließt, auf einem etwa konstanten Wert gehalten wird.It is also known that in other cases such a stepper motor must be controlled by drive pulses called constant current pulses, during which the current flowing through its coil is kept at an approximately constant value.

Man kennt außerdem Fälle, wo ein solcher Schrittmotor von Antriebsimpulsen angesteuert wird mit einer Art, die oben beschrieben wurde, während eines Teils ihrer Dauer und mit anderen Art während des Restes ihrer Dauer.There are also known cases where such a stepper motor is controlled by drive pulses of one type described above for part of their duration and of another type for the remainder of their duration.

In all diesen Fällen haben die Antriebsimpulse eine alternierende Polarität, d.h. daß jeder Antriebsimpuls die umgekehrte Polarität gegenüber dem ihm vorangehenden und ihm nachfolgenden aufweist.In all these cases, the drive pulses have an alternating polarity, i.e. each drive pulse has the opposite polarity to that preceding and following it.

Es ist auch anzumerken, daß unabhängig von der Natur der Antriebsimpulse, die dem Motor M zuzuführen sind, der Formierschaltkreis 3 derart ausgeführt ist, daß er einen solchen Antriebsimpuls immer dann zu erzeugen beginnt, wenn das Signal 2d von dem Logikzustand "0" auf den Logikzustand "1" geht, d.h. einmal pro Sekunde im vorliegenden Beispiel.It should also be noted that, regardless of the nature of the drive pulses to be supplied to the motor M, the forming circuit 3 is designed in such a way that it starts to generate such a drive pulse whenever the signal 2d changes from the logic state "0" to the logic state "1", i.e. once per second in the present example.

Es ist noch anzumerken, daß dieser Formierschaltkreis 3 einen Eingang 3d aufweist, und daß er im übrigen derart ausgebildet ist, daß er jeden Antriebsimpuls unterbricht in Reaktion auf den Ubergang vom Logikzustand "0" auf den Logikzustand "1" eines Unterbrechungssignals, angelegt an diesen Eingang 3d von einem weiter unten beschriebenen Schaltkreis.It should also be noted that this forming circuit 3 has an input 3d and that it is further designed to interrupt each drive pulse in response to the transition from the logic state "0" to the logic state "1" of an interrupt signal applied to this input 3d from a circuit described below.

Schließlich umfaßt der Formierschaltkreis 3 einen Ausgang 3e, der ein Signal abgibt, dessen Natur und Rolle später beschrieben werden.Finally, the forming circuit 3 comprises an output 3e, which delivers a signal whose nature and role will be described later.

Die Vorrichtung der Fig. 1 umfaßt noch einen Meßschaltkreis 4 für die von dem Motor M während jedes Antriebsimpulses, der ihm von dem Formierschaltkreis 3 zugeführt wird, gelieferte mechanische Energie.The device of Fig. 1 also comprises a measuring circuit 4 for the mechanical energy supplied by the motor M during each drive pulse supplied to it by the forming circuit 3.

Diese Meßschaltung 4 wird hier im einzelnen beschrieben, weil sie auf verschiedene Weise von Fachleuten auf der Basis der folgenden Gleichung ausführbar ist, die wohl bekannt ist: This measuring circuit 4 is described in detail here because it can be implemented in various ways by those skilled in the art on the basis of the following equation, which is well known:

in der:in the:

- Em(t) die von dem Motor M während des Beginns eines Antriebsimpulses bis zum Zeitpunkt t gelieferte mechanische Energie ist,- Em(t) is the mechanical energy supplied by the motor M during the start of a drive pulse until time t,

- u(t) die an die Spule dieses Motors angelegte Spannung ist,- u(t) is the voltage applied to the coil of this motor,

- i(t) der in diese Spule fließende Strom ist, und- i(t) is the current flowing into this coil, and

- R und L der Widerstand bzw. die Induktivität dieser Spule sind.- R and L are the resistance and inductance of this coil respectively.

Um ein konkretes Beispiel zu wählen, sei angenommen, daß die Meßschaltung 4 der Vorrichtung nach Fig. 1 ähnlich jener ist, die in dem Patent US-A-4 772 840 beschrieben und die aus Komponenten besteht, bezeichnet in Fig. 1 dieses Patentes mit den Bezugszeichen 8 und 10 bis 15.To give a concrete example, let us assume that the measuring circuit 4 of the device of Fig. 1 is similar to that described in the patent US-A-4 772 840 and which consists of components designated in Fig. 1 of this patent by the reference numerals 8 and 10 to 15.

Diese Schaltung wird hier nicht erneut beschrieben. Es sei nur erwähnt, daß sie angepaßt ist an den besonderen Fall, wo der Impulsformerschaltkreis für die Antriebsimpulse der Vorrichtung, d.h. der Schaltkreis 3 der Fig. 1' ähnlich jenem ist, der ebenfalls in dem Patent US- A-4 772 840 beschrieben und der aufgebaut ist aus den mit Bezugszeichen 1, 5 bis 7 und 9 in Fig. 1 dieses Patents bezeichneten Komponenten.This circuit will not be described again here. It should only be mentioned that it is adapted to the special case where the pulse shaping circuit for the drive pulses of the device, i.e. the circuit 3 of Fig. 1', is similar to that also described in the patent US-A-4 772 840 and which is made up of the components designated by reference numerals 1, 5 to 7 and 9 in Fig. 1 of this patent.

Wie aus dem Text dieses Patents US-A-4 772 840 hervorgeht, ist dieser Impulsformerschaltkreis derart ausgebildet, daß während jedes Antriebsimpulses, den er an den Motor, mit dem er verbunden ist, anlegt, die Spule dieses letzteren alternierend mit einer Speisequelle verbunden wird und kurzgeschlossen wird, je nach dem, ob der in dieser Spule fließende Strom kleiner oder größer ist als ein Referenzstrom. Dieser in dieser Spule fließende Strom ist demgemäß im wesentlichen konstant während des größten Teils jedes Antriebsimpulses. Darüberhinaus umfaßt dieser Formierschaltkreis einen Ausgang, gebildet von dem Q-Ausgang seines Flipflops 9, der ein Logiksignal abgibt mit dem Zustand "0", wenn die Spule des Motors, die mit dem Schaltkreis verbunden ist, kurzgeschlossen ist, und mit dem Zustand "1", wenn diese Spule mit der Speisequelle der Vorrichtung verbunden ist.As is clear from the text of this patent US-A-4 772 840, this pulse shaping circuit is designed such that during each drive pulse it applies to the motor to which it is connected, the coil of the latter is alternately connected to a power source and short-circuited, depending on whether the current flowing in this coil is less than or greater than a reference current. This current flowing in this coil is therefore substantially constant during most of each drive pulse. In addition, this shaping circuit comprises an output formed by the Q output of its flip-flop 9, which delivers a logic signal with the state "0" when the coil of the motor connected to the circuit is short-circuited, and with the state "1" when this coil is connected to the power source of the device.

Dieses Signal ist jenes, das vom Ausgang 3e der Formierschaltung 3 der vorliegenden Erfindung abgegeben wird.This signal is that which is output from the output 3e of the forming circuit 3 of the present invention.

Wie jener, der in dem Patent US-A-4 772 840 beschrieben ist, umfaßt der Meßschaltkreis 4 einen Eingang, bezeichnet mit Bezugszeichen 4a und verbunden mit dem Ausgang 3e des Formierschaltkreises 3, welcher das Signal empfängt, das gerade beschrieben wurde. Darüberhinaus umfaßt dieser Schaltkreis 4 drei Eingänge, bezeichnet mit Bezugszeichen 4b, 4c und 4d, welche periodische Logiksignale empfangen mit den Frequenzen 32768 Hz, 16384 Hz bzw. 8192 Hz. Im vorliegenden Beispiel werden diese Signale von dem Ausgang des Oszillators 1 und den Ausgängen 2b und 2c des Teilers 2 erzeugt.Like that described in patent US-A-4 772 840, the measuring circuit 4 comprises an input, designated by reference numeral 4a, connected to the output 3e of the forming circuit 3, which receives the signal just described. In addition, this circuit 4 comprises three inputs, designated by reference numerals 4b, 4c and 4d, which receive periodic logic signals at frequencies of 32768 Hz, 16384 Hz and 8192 Hz respectively. In the present example, these signals are generated by the output of the oscillator 1 and the outputs 2b and 2c of the divider 2.

Die Meßschaltung 4 umfaßt außerdem acht Ausgänge, bezeichnet mit Bezugszeichen 4e bis 41, die den Ausgängen 8d bis 8k des Zählers 8 entsprechen, beschrieben in dem Patent US-A-4 772 840, und er ist derart ausgebildet, daß während jedes Antriebsimpulses die Binärzahl, gebildet von den Logikzuständen dieser Ausgänge 4e bis 41, einen neuen Wert zu jedem Zeitpunkt annimmt, wo das Signal 2c vom Zustand "1" zum Zustand "0" übergeht, und daß dieser neue Wert proportional der von dem Motor M seit dem Beginn dieses Antriebsimpulses gelieferten mechanischen Energie ist. In der Folge dieser Beschreibung wird diese Binärzahl als Zahl N bezeichnet, und jeder der Zeitpunkte, wo sie einen neuen Wert annimmt, wird als Zeitpunkt t&sub1; bezeichnet.The measuring circuit 4 also comprises eight outputs, designated by reference numerals 4e to 41, which correspond to the outputs 8d to 8k of the counter 8 described in the patent US-A-4 772 840, and is so designed so that during each drive pulse, the binary number formed by the logic states of these outputs 4e to 41 assumes a new value at each instant when the signal 2c passes from the state "1" to the state "0", and that this new value is proportional to the mechanical energy delivered by the motor M since the beginning of this drive pulse. In the remainder of this description, this binary number will be referred to as number N, and each of the instants when it assumes a new value will be referred to as instant t₁.

Schließlich umfaßt der Schaltkreis 4 einen Eingang 4m entsprechend dem Eingang R des Flipflops 10 in dem Patent US-A-4 772 840, und er ist derart ausgebildet, daß die Zahl N null wird in Reaktion auf jeden Übergang dieses Eingangs 4m vom Zustand "0" auf Zustand "1". Wie später erkennbar wird, erfolgt dieser Übergang des Eingangs 4m vom Zustand "0" auf Zustand "1" am Ende jedes Antriebsimpulses.Finally, the circuit 4 comprises an input 4m corresponding to the input R of the flip-flop 10 in the patent US-A-4 772 840, and it is arranged such that the number N becomes zero in response to each transition of this input 4m from the state "0" to the state "1". As will be seen later, this transition of the input 4m from the state "0" to the state "1" occurs at the end of each drive pulse.

Die Ausgänge 4e bis 41 des Meßschaltkreises 3 sind mit Eingängen 5a bis 5h eines Speicherschaltkreises 5 verbunden und mit ersten Eingängen 6a bis 6h eines binären Komparatorschaltkreises 6.The outputs 4e to 41 of the measuring circuit 3 are connected to inputs 5a to 5h of a memory circuit 5 and to first inputs 6a to 6h of a binary comparator circuit 6.

Die oben definierte Zahl N wird demgemäß ständig an diese Eingänge 5a bis 5h der Speicherschaltung 5 und 6a bis 6h des Komparators 6 angelegt.The number N defined above is therefore constantly applied to these inputs 5a to 5h of the memory circuit 5 and 6a to 6h of the comparator 6.

Der Speicherschaltkreis 5 umfaßt ferner einen Steuereingang 5i und acht Ausgänge 5j bis 5q. Er ist derart ausgebildet, daß diese Ausgänge 5j bis 5q den jeweils gleichen Logikzustand annehmen wie die Eingänge 5a bis 5h, wenn der Steuereingang 5i auf dem Logikzustand 1 ist, und daß diese Ausgänge 5j bis 5q ihren Logikzustand beibehalten, unabhängig von jeder Veränderung des Logikzustands an den Eingängen 5a bis 5h, wenn der Steuereingang 5i auf dem Logikzustand "0" ist. Mit anderen Worten wird bei jedem Übergang des Eingangs 5i dieser Schaltung 5 vom Zustand "0" auf Zustand "1" die Binärzahl, gebildet von den Logikzuständen seiner Eingänge 5a bis 5h, was der Zahl N entspricht, an seine Ausgänge 5j bis 5q übertragen.The memory circuit 5 further comprises a control input 5i and eight outputs 5j to 5q. It is designed in such a way that these outputs 5j to 5q assume the same logic state as the inputs 5a to 5h when the control input 5i is at the logic state 1, and that these outputs 5j to 5q maintain their logic state, independently of any change in the logic state at the inputs 5a to 5h when the control input 5i is at the logic state "0". In other words, at each transition of the input 5i of this circuit 5 from the state "0" to the state "1", the binary number formed by the logic states of its inputs 5a to 5h, which corresponds to the number N, is transmitted to its outputs 5j to 5q.

Diese Speicherschaltung 5 wird hier nicht im einzelnen beschrieben, weil sie Fachleuten bekannt ist, die sie häufig mit ihrem englischen Namen als "Latch" bezeichnen.This memory circuit 5 is not described in detail here because it is known to experts who often refer to it by its English name "latch".

Die Ausgänge 5j bis 5q der Speicherschaltung 5 sind verbunden mit zweiten Eingänge 6i bis 6p des numerischen Komparatorschaltkreises 6, welcher im übrigen einen Ausgang 6q aufweist.The outputs 5j to 5q of the memory circuit 5 are connected to second inputs 6i to 6p of the numerical comparator circuit 6, which also has an output 6q.

Diese Komparatorschaltung 6 wird hier nicht weiter im einzelnen beschrieben, weil sie Fachleuten wohlbekannt ist. Es sei einfach erwähnt, daß in diesem besonderen Fall sein Ausgang 6q nur dann auf Zustand "1" liegt, wenn die Binärzahl, repräsentiert durch die Logikzustände seiner ersten Eingange 6a bis 6h, kleiner ist als die Binärzahl, repräsentiert durch die Logikzustände seiner zweiten Eingänge 6i bis 6p.This comparator circuit 6 will not be described in detail here because it is well known to those skilled in the art. It should simply be mentioned that in this particular case its output 6q is only at the state "1" if the binary number represented by the logic states of its first inputs 6a to 6h is smaller than the binary number represented by the logic states of its second inputs 6i to 6p.

Die Vorrichtung der Fig. 1 umfaßt noch ein UND-Gatter 7, dessen Ausgang 7a mit dem Steuereingang 5i des Speicherschaltkreises 5 verbunden ist. Die beiden Eingänge dieses Gatters 7 sind mit dem Ausgang des Oszillators 1 bzw. dem Ausgang 8a eines EXKLUSIV-ODER-Gatters 8 verbunden.The device of Fig. 1 also includes an AND gate 7, the output 7a of which is connected to the control input 5i of the memory circuit 5. The two inputs of this gate 7 are connected to the output of the oscillator 1 and the output 8a of an EXCLUSIVE-OR gate 8, respectively.

Die Eingänge dieses Gatters 8 sind zum einen direkt und zum anderen über zwei Inverter 9 und 10 mit dem Ausgang 11a eines inversen ODER-Gatters 11 verbunden, dessen Eingänge mit dem Ausgang des Oszillators 1 bzw. den Ausgängen 2b und 2c des Teilerschaltkreises 2 verbunden sind.The inputs of this gate 8 are connected directly and via two inverters 9 and 10 to the output 11a of an inverse OR gate 11, the inputs of which are connected to the output of the oscillator 1 and the outputs 2b and 2c of the divider circuit 2.

Der Ausgang 8a des Gatters 8 ist ferner verbunden mit einem Eingang eines UND-Gatters 12, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Oszillators 1 über einen Inverter 13 verbunden ist.The output 8a of the gate 8 is further connected to an input of an AND gate 12, the other input of which is connected to the output of the oscillator 1 via an inverter 13.

Schließlich ist der Ausgang 12a dieses Gatters 12 mit einem Eingang eines UND-Gatters 14 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang 6q des Komparators 6 verbunden ist, und dessen Ausgang 14a mit dem Eingang 3d des Formierschaltkreises 3 und mit dem Eingang 4m des Meßschaltkreises 4 verbunden ist.Finally, the output 12a of this gate 12 is connected to an input of an AND gate 14, the other input of which is connected to the output 6q of the comparator 6, and the output 14a of which is connected to the input 3d of the forming circuit 3 and to the input 4m of the measuring circuit 4.

Die Funktion der Vorrichtung der Fig. 1 wird nachstehend mit Hilfe der Fig. 2 beschrieben.The function of the device of Fig. 1 is described below with the help of Fig. 2.

In dieser Fig. 2 ist jedes Diagramm mit dem gleichen Bezugszeichen markiert wie der Punkt der Fig. 1, wo das Signal gemessen wird, welches es darstellt.In this Fig. 2, each diagram is marked with the same reference number as the point in Fig. 1 where the signal it represents is measured.

Ferner wird in der Abfolge dieser Beschreibung jedes Signal ebenfalls mit dem Bezugszeichen des Punktes der Fig. 1 bezeichnet, wo es gemessen wird.Furthermore, in the sequence of this description, each signal is also designated with the reference number of the point in Fig. 1 where it is measured.

Man erkennt leicht, daß die Signale 12a und 7a periodische Logiksignale sind mit der gleichen Periode wie das Signal 2e und daß diese Signale 12a und 7a von sehr kurzen Impulsen gebildet werden, während welcher sie auf dem Zustand "1" sind, getrennt von Intervallen, während welcher diese Signale 12a und 7a auf Zustand "0" sind. Die Impulse des Signals 12a werden immer dann erzeugt, wenn das Signal 2c vom Zustand "1" auf Zustand "0" geht, d.h. zu jedem der Zeitpunkte t&sub1;, die oben definiert worden, während jeder Impuls des Signals 7a erzeugt wird eine Halbperiode des Signals 1a später, also etwa 15 Mikrosekunden nach jedem Impuls des Signals 12a. Die Zeitpunkte, wo die Impulse des Signals 7a erzeugt werden, werden als t&sub2; bezeichnet in der Abfolge dieser Beschreibung.It is easy to see that the signals 12a and 7a are periodic logic signals with the same period as the signal 2e and that these signals 12a and 7a are formed by very short pulses during which they are at the "1" state, separated by intervals during which these signals 12a and 7a are at the "0" state. The pulses of the signal 12a are generated whenever the signal 2c passes from the "1" state to the "0" state, i.e. at each of the instants t1 defined above, while each pulse of the signal 7a is generated one half-period of the signal 1a later, i.e. approximately 15 microseconds after each pulse of the signal 12a. The instants at which the pulses of the signal 7a are generated are referred to as t2 in the sequence of this description.

Wie bereits erwähnt, ist die Zahl N an den Ausgängen 4e bis 41 des Meßschaltkreises 4 gleich null zwischen zwei aufeinanderfolgenden, an den Motor M vom Formierschaltkreis 3 angelegten Antriebsimpulsen. Dasselbe gilt für die Binärzahl an den Ausgängen 5j bis 5q des Speicherschaltkreises 5, da zu jedem Zeit t&sub2; diese Zahl N auf die Ausgänge übertragen wird.As already mentioned, the number N at the outputs 4e to 41 of the measuring circuit 4 is equal to zero between two successive drive pulses applied to the motor M by the forming circuit 3. The same applies to the binary number at the outputs 5j to 5q of the storage circuit 5, since at each time t2 this number N is transferred to the outputs.

Immer zwischen zwei Antriebsimpulsen bleibt der Ausgang 6q des Komparators 6 demgemäß auf Zustand "0", da die Binärzahlen, die an seinen ersten bzw. zweiten Eingängen anliegen, beide gleich null sind. Daraus folgt, daß der Ausgang 14a des Gatters 14 ebenfalls auf Zustand "0" ist.The output 6q of the comparator 6 always remains at the "0" state between two drive pulses, since the binary numbers present at its first and second inputs are both equal to zero. It follows that the output 14a of the gate 14 is also at the "0" state.

Wenn das Signal 2d vom Zustaand "0" auf Zustand "1" geht, beginnt der Formierschaltkreis 3, einen Antriebsimpuls angemessener Form an den Motor M anzulegen. Nach einer kleinen Verzögerung beginnt der Rotor dieses Motors M, sich zu drehen in Reaktion auf diesen Antriebsimpuls und liefert demgemäß mechanische Energie an die mechanische Vorrichtung, mit der er verbunden ist.When the signal 2d goes from the state "0" to the state "1", the forming circuit 3 begins to apply a drive pulse of appropriate form to the motor M. After a small delay, the rotor of this motor M begins to rotate in response to this drive pulse and accordingly supplies mechanical energy to the mechanical device to which it is connected.

Ausgehend von dem Zeitpunkt, wo der Rotor sich zu drehen beginnt, nimmt die Zahl N einen neuen Wert größer als null zu jedem Zeitpunkt t&sub1; an.Starting from the moment when the rotor starts to rotate, the number N takes on a new value greater than zero at each moment t1.

Mit t1i und t1j werden zwei aufeinanderfolgende Zeitpunkte t&sub1; bezeichnet, mit t2i und t2j zwei Zeitpunkte t&sub2;, die unmittelbar nach dem Zeitpunkt t1i bzw. Zeitpunkt t1j auftreten, und mit Ni bzw. Nj die Werte, welche die Zahl N zu den Zeitpunkten t1i bzw. t1j annimmt. Man erkennt leicht, daß zum Zeitpunkt t1j die Zahl Nj, angelegt an die ersten Eingänge 6a bis 6h des Komparators 6, ist, während es noch die Zahl Ni ist, die an den zweiten Eingängen 6i bis 6p dieses Komparators 6 anliegt.T1i and t1j denote two consecutive points in time t1. , t2i and t2j are two times t2 which occur immediately after time t1i and time t1j, respectively, and Ni and Nj are the values which the number N assumes at times t1i and t1j, respectively. It is easy to see that at time t1j the number Nj is applied to the first inputs 6a to 6h of the comparator 6, while it is still the number Ni which is applied to the second inputs 6i to 6p of this comparator 6.

Wenn die Zahl Nj größer ist als die Zahl Nie d.h. wenn die Größe an mechanischer Energie, geliefert von dem Motor M, sich zwischen den Zeitpunkten t1i und 1j vergrößert hat, bleibt der Ausgang 6q des Komparators 6 auf dem Zustand "0". Der Impuls des Signals 12a, das zum gleichen Zeitpunkt an dem Gatter 14 anliegt, hat demgemäß keinerlei Wirkung, und der Ausgang 14a dieses Gatters 14 bleibt auf Zustand "0".If the number Nj is greater than the number Nie, i.e. if the quantity of mechanical energy supplied by the motor M has increased between the times t1i and 1j, the output 6q of the comparator 6 remains at the state "0". The pulse of the signal 12a, which is present at the same time at the gate 14, therefore has no effect and the output 14a of this gate 14 remains at the state "0".

Danach bewirkt der Impuls des Signals 7a, angelegt zum Zeitpunkt t2j an den Steuereingang 5i der Speicherschaltung 5, die Übertragung der Zahl Nj an die Ausgänge 5j bis 5q dieser Schaltung 5. Mit diesem Zeitpunkt beginnend und bis zum folgenden Zeitpunkt t&sub1; ist diese Zahl Nj an den ersten und den zweiten Eingängen des Komparators 6 vorhanden, und der Ausgang 6q dieses letzteren bleibt demgemäß auf Zustand "0".Then, the pulse of the signal 7a, applied at the time t2j to the control input 5i of the memory circuit 5, causes the number Nj to be transferred to the outputs 5j to 5q of this circuit 5. Starting from this time and until the following time t1, this number Nj is present at the first and second inputs of the comparator 6 and the output 6q of the latter therefore remains at the state "0".

Dieser Prozeß wiederholt sich solange, bis bei jedem Zeitpunkt t1j die Zahl Nj größer ist als die Zahl Nie d.h. die von dem Motor M gelieferte Energiegröße sich erhöht.This process repeats itself until at each time t1j the number Nj is greater than the number Nie, i.e. the amount of energy supplied by the motor M increases.

In bekannter Weise und wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, geht diese mechanische Energie durch einen Maximalwert zu einem Zeitpunkt, der abhängt von den elektrischen Eigenschaften des Motors M und den mechanischen Eigenschaften der Last, die er antreibt.In a known manner and as shown in Fig. 3, this mechanical energy passes through a maximum value at a time that depends on the electrical characteristics of the motor M and the mechanical characteristics of the load it drives.

In dieser Fig. 3 repräsentieren die mit T1 bzw. T2 bezeichneten Kurven schematisch die Veränderung, in Abhängigkeit von der Zeit t, der von einem Motor, wie dem Motor M, während eines Antriebsimpulses mit einer relativ langen Dauer gelieferten mechanischen Energie Em, wenn das auf den Rotor dieses Motors wirkende Bremsmoment einen ersten Wert bzw. einen zweiten, größer als der vorhergehende Wert hat.In this Fig. 3, the curves designated T1 and T2 respectively represent schematically the variation, as a function of time t, of the mechanical energy Em delivered by a motor such as motor M during a drive pulse of a relatively long duration when the braking torque acting on the rotor of this motor has a first value or a second value greater than the previous one.

Nach Durchlauf durch diesen Maximalwert nimmt diese mechanische Energie ab, obwohl der Antriebsimpuls immer noch an dem Motor M angelegt ist. Zu einem Zeitpunkt t1j, gerade nachdem diese mechanische Energie dieses Maximum durchlaufen hat, ist die Zahl Nj demgemäß kleiner als die Zahl Ni, die an den Ausgängen 5j bis 5q des Speichers 5 seit dem Zeitpunkt t2i anliegt.After passing through this maximum value, this mechanical energy, although the drive pulse is still applied to the motor M. At a time t1j, just after this mechanical energy has passed through this maximum, the number Nj is accordingly smaller than the number Ni which has been present at the outputs 5j to 5q of the memory 5 since the time t2i.

Zu diesem Zeitpunkt t1j geht der Ausgang 6q des Komparators 6 demgemäß auf den Zustand 1, da die Binärzahl, die an seinen ersten Eingängen 6a bis 6h anliegt, kleiner ist als jene, die an seinen zweiten Eingängen 6i bis 6p anliegt. Der Impuls des Signals 12a, erzeugt zu diesem gleichen Zeitpunkt t1j, bewirkt demgemäß das Erscheinen eines Impulses gleicher Dauer am Ausgang 14a des Gatters 14, am Eingang 3d des Formierschaltkreises 3 und am Eingang 4m des Meßschaltkreises 4.At this instant t1j, the output 6q of the comparator 6 thus goes to state 1, since the binary number present at its first inputs 6a to 6h is smaller than that present at its second inputs 6i to 6p. The pulse of the signal 12a, generated at this same instant t1j, thus causes the appearance of a pulse of the same duration at the output 14a of the gate 14, at the input 3d of the forming circuit 3 and at the input 4m of the measuring circuit 4.

Dieser Impuls bewirkt demgemäß die Unterbrechung des gerade anstehenden Antriebsimpulses und die Rücksetzung auf "0" der Zahl N, die an den Ausgängen 4e bis 41 des Meßschaltkreises 4 vorhanden ist.This pulse therefore causes the interruption of the current drive pulse and the resetting to "0" of the number N, which is present at the outputs 4e to 41 of the measuring circuit 4.

Die Vorrichtung der Fig. 1 befindet sich demgemäß in demselben Zustand wie vor dem Beginn dieses Antriebsimpulses und bleibt in diesem Zustand, bis das Signal 2d wieder vom Zustand "0" auf Zustand "1" geht, d.h. bis zum Beginn des folgenden Antriebsimpulses, während dessen Dauer der oben beschriebene Vorgang sich wiederholt.The device of Fig. 1 is accordingly in the same state as before the beginning of this drive pulse and remains in this state until the signal 2d changes again from the state "0" to the state "1", i.e. until the beginning of the following drive pulse, during the duration of which the process described above is repeated.

Es ist festzuhalten, daß der Maximalwert, der von der vom Motor gelieferten mechanischen Energie während eines Antriebsimpulses erreicht wird, wie auch die Zeit, die diese mechanische Energie benötigt, um dieses Maximum zu erreichen, direkt abhängen von der mechanischen Belastung, die von diesem Motor M während dieses Antriebsimpulses angetrieben wird. Diese mechanische Belastung ist im allgemeinen variabel, so daß es dieser Maximalwert und diese Zeit ebenfalls sind.It should be noted that the maximum value reached by the mechanical energy supplied by the motor during a drive pulse, as well as the time required for this mechanical energy to reach this maximum, depend directly on the mechanical load driven by this motor M during this drive pulse. This mechanical load is generally variable, so this maximum value and this time are also variable.

Man erkennt, daß die Vorrichtung der Fig. 1 es ermöglicht, die Dauer jedes Antriebsimpulses, angelegt an den Motor M, in Abhängigkeit von der mechanischen Last zu regeln, die von diesem Motor M während jenes Antriebsimpulses angetrieben wird, und dies mit einer sehr hohen Sicherheit, ohne daß es erforderlich wäre, eine Schaltung vorzusehen, die die Erfassung einer eventuellen Nichtdrehung des Rotors in Reaktion auf einen Antriebsimpuls erkennt.It can be seen that the device of Fig. 1 makes it possible to regulate the duration of each drive pulse applied to the motor M as a function of the mechanical load driven by this motor M during that drive pulse, and this with a very high degree of safety, without it being necessary to provide a circuit which detects the possible non-rotation of the rotor in response to a drive pulse.

Theoretische Betrachtungen, die hier nicht wiedergegeben werden, jedoch durch die Praxis bestätigt wurden, zeigen nämlich, daß zu dem Zeitpunkt, wo die von dem Motor M gelieferte mechanische Energie durch ihren Maximalwert geht, der Rotor eine Winkelposition einnimt, die sich im wesentlichen auf halbem Wege zwischen seiner instabilen Gleichgewichtsposition und seiner Ruheposition, die er erreichen muß, befindet. In dieser Winkelposition hat das Positionierdrehmoment, das auf den Rotor einwirkt, die Tendenz, ihn in seine End-Ruheposition zu bringen. Dieses Positionierdrehmoment, das ferner in dieser Position einen Wert nahe seinem Maximalwert hat, addiert sich demgemäß zu dem Drehmoment infolge der kinetischen Energie seines Rotors. Daraus folgt, daß dieser Rotor mit Sicherheit seine Drehung beendet, wenn der Antriebsimpuls zu diesem Zeitpunkt unterbrochen wird, und daß es keinerlei Risiko gibt, daß dieser Rotor seine Drehung bis zu der folgenden Ruheposition fortsetzt oder in seine Ausgangsposition zurückkehrt.Theoretical considerations, not reproduced here, but confirmed by practice, show that at the moment when the mechanical energy supplied by the motor M passes through its maximum value, the rotor assumes an angular position which is substantially halfway between its unstable equilibrium position and the rest position which it must reach. In this angular position, the positioning torque acting on the rotor tends to bring it to its final rest position. This positioning torque, which also has a value close to its maximum value in this position, is therefore added to the torque due to the kinetic energy of its rotor. It follows that this rotor will certainly stop rotating if the drive impulse is interrupted at this moment and that there is no risk of this rotor continuing to rotate to the next rest position or returning to its initial position.

Im übrigen beruht die Funktion der Vorrichtung der Fig. 1 auf dem Vergleich von zwei aufeinanderfolgend von dem gleichen Meßschaltkreis gemessenen Werten und nicht auf dem Vergleich eines gemessenen Wertes mit einem Referenzwert, geliefert von einem getrennten Kreis der Meßschaltung. Diese Vorrichtung kann demgemäß mit beliebigen Motortypen verwendet werden, ohne daß es erforderlich wäre, vorher einen Referenzwert zu bestimmen, der an diesen Motortyp angepaßt ist, und die Funktion ist im übrigen unabhängig von Unterschieden, welche von einer Vorrichtung zur anderen deren verschiedene Komponenten aufweisen.Moreover, the operation of the device of Fig. 1 is based on the comparison of two values measured in succession by the same measuring circuit and not on the comparison of a measured value with a reference value provided by a separate circuit of the measuring circuit. This device can therefore be used with any type of motor without it being necessary to first determine a reference value adapted to this type of motor and the operation is moreover independent of differences between one device and another in its various components.

Es ist offensichtlich, daß für eine gleiche mechanische, von einem bestimmten Motor angetriebene Last, an welchen ein Antriebsimpuls gleicher Spannung angelegt wird (im Falle eines Konstantspannungsimpulses) oder des gleichen Stromes (im Falle eines Konstantstromimpulses) die Dauer dieses Antriebsimpulses und damit die elektrische Energiegröße, die von diesem Motor während des Antriebsimpulses verbraucht wird, größer sind, wenn er von einer Vorrichtung angesteuert wird wie der nach Fig. 1, also wenn er von einer Vorrichtung angesteuert würde wie jener, die in dem Patent US-A-4 772 840, bereits erwähnt, beschrieben ist.It is obvious that for an identical mechanical load driven by a given motor to which a drive pulse of the same voltage (in the case of a constant voltage pulse) or of the same current (in the case of a constant current pulse) is applied, the duration of this drive pulse and hence the amount of electrical energy consumed by this motor during the drive pulse are greater if it is driven by a device such as that shown in Fig. 1, i.e. if it were driven by a device such as that described in the patent US-A-4 772 840, already mentioned.

Wenn man jedoch den Verbrauch dieses Motors während einer langen Periode in Betracht zieht, stellt man fest, daß diese Differenz nicht sehr groß ist dank der Tatsache, daß dann, wenn der Motor von der Vorrichtung der Fig. 1 gesteuert wird, es beinahe niemals erforderlich ist, ihm Aufholimpulse zuzuführen, die in einem Falle wie jenem, der in diesem Patent US-A-4 772 840 beschrieben wurde, Impulse sind, während welchen der Verbrauch des Motors recht hoch ist.However, if one takes into account the consumption of this motor over a long period, one sees that this difference is not very great thanks to the fact that when the motor is controlled by the device of Fig. 1, it is almost never necessary to supply it with catch-up pulses, which, in a case such as that described in this patent US-A-4 772 840, are pulses during which the consumption of the motor is quite high.

Man sieht im übrigen weiter unten, daß es möglich ist, den Verbrauch an elektrischer Energie eines Schrittmotors, gesteuert von einer Vorrichtung wie jene der Fig. 2, praktisch bis auf jenen desselben Motors verringert werden kann, gesteuert von einer Vorrichtung wie jene, die in dem Patent US-A-4 772 840 beschrieben ist.It will be seen further below that it is possible to reduce the electrical energy consumption of a stepping motor controlled by a device such as that of Fig. 2 to practically that of the same motor controlled by a device such as that described in patent US-A-4 772 840.

Es ist bekannt, daß unabhängig von der Art und Weise, wie ein Schrittmotor angesteuert wird, das Motormoment, das er abgibt, und das Lastmoment, das auf seinen Rotor einwirkt, sich ändern, während dieser Rotor dreht in Reaktion auf einen Antriebsimpuls. Wenn während dieser Drehung dieses Lastmoment gleich oder größer wird als das Motormoment, kann der Rotor anhalten. In einem solchen Fall ändert sich die von dem Motor gelieferte mechanische Energie nicht mehr nach diesem Anhalten und geht demgemäß nicht durch einen Maximalwert.It is known that, regardless of the way in which a stepper motor is controlled, the motor torque it delivers and the load torque acting on its rotor vary as that rotor rotates in response to a drive pulse. If, during that rotation, that load torque becomes equal to or greater than the motor torque, the rotor may stop. In such a case, the mechanical energy delivered by the motor no longer changes after that stop and, accordingly, does not pass through a maximum value.

Wenn andererseits das Lastmoment erhöht ist, jedoch bei einem Mittelwert bleibt, der kleiner ist als das Motormoment, das der Rotor liefern kann, kann der letztere mit einer relativ geringen Geschwindigkeit drehen. In einem solchen Fall ist der Anstieg der von dem Motor gelieferten mechanischen Energie sehr langsam, und diese mechanische Energie erreicht ihren Maximalwert am Ende einer Zeit, die mehrere zehn Millisekunden lang sein kann, während unter Normalbedingungen diese Zeit im allgemeinen kleiner als 10 Milliksekunden ist.On the other hand, if the load torque is increased but remains at an average value lower than the motor torque that the rotor can deliver, the latter can rotate at a relatively low speed. In such a case, the increase in the mechanical energy delivered by the motor is very slow and this mechanical energy reaches its maximum value at the end of a time that can be several tens of milliseconds, while under normal conditions this time is generally less than 10 milliseconds.

Um einen nutzlosen Verbrauch elektrischer Energie zu vermeiden der sich in einem solchen Falle einstellt, kann man die Vorrichtung der Fig. 1 in der in Fig. 4 wiedergegebenen Weise modifizieren.In order to avoid a useless consumption of electrical energy which occurs in such a case, the device of Fig. 1 can be modified in the manner shown in Fig. 4.

Man erkennt, daß in der Vorrichtung dieser Fig. 4 die direkte Verbindung zwischen dem Ausgang 14a des Gatters 14 und den Eingängen 3d und 4m des Formierschaltkreises 3 und der Meßschaltung 4 weggelassen ist. Ein ODER-Gatter 15 ist zugefügt worden, und der Ausgang 15a dieses Gatters 15 wurde mit den beiden Eingängen 3d und 4m, die oben erwähnt wurden, verbunden. Im übrigen sind die Eingänge dieses Gatters 15 mit dem Ausgang 14a des Gatters 14 verbunden, und der zweite Eingang dieses Gatters 15 ist mit einem Ausgang 2e der Teilerschaltung 2 verbunden worden. Der Rest der Vorrichtung der Fig. 1 ist nicht modifiziert und in dieser Fig. 4 nicht wiedergegeben.It can be seen that in the device of this Fig. 4 the direct connection between the output 14a of the gate 14 and the inputs 3d and 4m of the forming circuit 3 and the measuring circuit 4 is omitted. An OR gate 15 has been added and the output 15a of this gate 15 has been connected to the two inputs 3d and 4m mentioned above. Furthermore, the inputs of this gate 15 have been connected to the output 14a of the gate 14 and the second input of this gate 15 has been connected to an output 2e of the divider circuit 2. The rest of the device of Fig. 1 is not modified and is not shown in this Fig. 4.

In diesem Beispiel liefert der Ausgang 2e des Teilers 2 ein periodisches Logiksignal mit einer Frequenz von 32 Hz. Wie die anderen von dem Teiler 2 gelieferten Signale hat dieses Signal 2e den Zustand "0" während der Hälfte seiner Periode und den Zustand "1" während der anderen Hälfte dieser Periode. Im übrigen geht das Signal 2e vom Zustand "1" auf Zustand "0" zu jedem Zeitpunkt, wo das Signal 2d auf den Zustand "1" geht, d.h. zu jedem Zeitpunkt, wo ein Antriebsimpuls an den Motor M von dem Formierschaltkreis angelegt zu werden beginnt. Da die Periode dieses Signals 2e 31,25 Millisekunden beträgt, geht es auf den Zustand "1" zurück, 15,625 Millisekunden nach dem Beginn jedes Antriebsimpulses.In this example, the output 2e of the divider 2 provides a periodic logic signal with a frequency of 32 Hz. Like the other signals provided by the divider 2, this signal 2e has the state "0" for half of its period and the state "1" for the other half of this period. Moreover, the signal 2e goes from the state "1" to the state "0" at each instant when the signal 2d goes to the state "1", i.e. at each instant when a drive pulse begins to be applied to the motor M from the forming circuit. Since the period of this signal 2e is 31.25 milliseconds, it returns to the state "1" 15.625 milliseconds after the start of each drive pulse.

Zu diesem Zeitpunkt geht demgemäß der Ausgang 15a des Gatters 15 auf den Zustand "1", was zur Folge hat, den gerade laufenden Antriebsimpuls zu unterbrechen und die Zahl N auf null zurückzusetzen, wenn dies nicht bereits realisiert worden ist durch den Impuls, erzeugt vom Ausgang 14a des Gatters 14 in der oben beschriebenen Weise.At this moment, the output 15a of the gate 15 therefore goes to the state "1", which has the effect of interrupting the drive pulse currently in progress and resetting the number N to zero, if this has not already been achieved by the pulse generated by the output 14a of the gate 14 in the manner described above.

Man erkennt, daß in dieser Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Antriebsimpuls nicht länger dauern kann als etwa 15 Millisekunden, selbst dann, wenn das Lastmoment, das auf den Rotor des Motors während dieses Antriebsimpulses wirkt, sehr hoch ist.It will be appreciated that in this embodiment of the device according to the present invention, a drive pulse cannot last longer than about 15 milliseconds, even if the load torque acting on the rotor of the motor during this drive pulse is very high.

Nachdem ein Antriebsimpuls in der gerade beschriebenen Weise unterbrochen worden ist, ist es möglich, daß der Rotor des Motors gleichwohl seinen Schritt vollendet, entweder weil das Lastmoment, obzwar hoch, im Mittel nicht größer ist als das Motormoment, oder weil die Ursache der Erhöhung des Lastmoments verschwunden ist. In diesen beiden Fällen ist es offensichtlich nötig, daß dieser Rotor seine instabile Gleichgewichtsposition durchlaufen hat zu dem Zeitpunkt, wo der Antriebsimpuls unterbrochen wird.After a driving impulse has been interrupted in the manner just described, it is possible that the rotor of the motor nevertheless completes its step, either because the load torque, although high, is on average not greater than the motor torque, or because the cause of the increase in the load torque has disappeared. In both of these cases, it is obviously necessary that this rotor has passed through its unstable equilibrium position by the time the drive pulse is interrupted.

In der Praxis konstatiert man jedoch, daß diese letztere Bedingung nicht häufig erfüllt ist und daß, nachdem ein Antriebsimpuls in dieser letzteren Weise unterbrochen worden ist, der Rotor des Motors in seine Ausgangsposition in der Mehrzahl der Fälle zurückkehrt. Der folgende Antriebsimpuls hat in einem solchen Fall demgemäß die inverse Po- larität jenes, der der Position des Rotors entspricht, da zwei aufeinanderfolgende Antriebsimpulse immer inverse Polaritäten zueinander haben.In practice, however, it is found that this latter condition is not often fulfilled and that, after a drive pulse has been interrupted in this latter way, the rotor of the motor returns to its initial position in the majority of cases. The following drive pulse in such a case therefore has the inverse polarity of that which corresponds to the position of the rotor, since two consecutive drive pulses always have inverse polarities to each other.

Dieser folgende Antriebsimpuls bewirkt demgemäß eine kleine Rotation des Rotors des Motors M in entgegengesetzter Richtung wie der gewünschten Richtung. Während einer solchen Drehung ist die von dem Motor gelieferte mechanische Energie sehr gering, und sie erreicht ihren Maximalwert nach einer sehr kurzen Zeit, unter zwei Millisekunden. Im übrigen ist dieser Maximalwert im allgemeinen etwa drei-bis zehnmal kleiner als jener, den diese mechanische Energie erreicht, wenn der Rotor normal in Reaktion auf einen Antriebsimpuls rotiert und das auf den Rotor wirkende Lastmoment seinen Minimalwert hat. Die von dem Motor in einem solchen Fall gelieferte mechanische Energie wird repräsentiert durch die mit T3 in Fig. 3 bezeichnete Kurve.This subsequent drive pulse thus causes a small rotation of the rotor of the motor M in the opposite direction to the desired direction. During such a rotation, the mechanical energy supplied by the motor is very small and it reaches its maximum value after a very short time, less than two milliseconds. Moreover, this maximum value is generally about three to ten times smaller than that which this mechanical energy reaches when the rotor rotates normally in response to a drive pulse and the load torque acting on the rotor is at its minimum value. The mechanical energy supplied by the motor in such a case is represented by the curve designated T3 in Fig. 3.

Die Fig. 5 und 6 zeigen jede ein Beispiel für eine Schaltung, die der Vorrichtung nach Fig. 1 hinzugefügt werden kann, um eine solche Situation zu erkennen.Figures 5 and 6 each show an example of a circuit that can be added to the device of Figure 1 to detect such a situation.

Die Schaltung der Fig. 5 umfaßt eine bistabile Kippstufe vom R-S-Typ, deren Eingänge S bzw. R mit dem Ausgang 2d des Frequenzteilers 2 bzw. einem zusätzlichen Ausgang 2f dieses selben Teilers verbunden sind.The circuit of Fig. 5 comprises a bistable multivibrator of the R-S type, whose inputs S and R are connected to the output 2d of the frequency divider 2 and to an additional output 2f of this same divider, respectively.

Der Q-Ausgang der Kippstufe 16 ist mit einem ersten Eingang eines UND-Gatters 17 verbunden, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang 14a des Gatters 14 verbunden ist, wie die Eingänge 3d und 4m des Formierschaltkreises bzw. des Meßschaltkreises 4.The Q output of the flip-flop 16 is connected to a first input of an AND gate 17, the second input of which is connected to the output 14a of the gate 14, as are the inputs 3d and 4m of the forming circuit and the measuring circuit 4, respectively.

Der Rest der Vorrichtung ist identisch mit jener der Fig. 1 und ist in dieser Fig. 5 nicht dargestellt.The rest of the device is identical to that of Fig. 1 and is not shown in this Fig. 5.

In diesem Beispiel liefert der Ausgang 2f des Teilers 2 ein periodisches Logiksignal mit einer Frequenz von 256 Hz. Wie die anderen von dem Teiler 2 gelieferten Signale ist dieses Signal 2f auf Zustand "0" während der Hälfte seiner Periode, d.h. während etwa 2 Millisekunden, und auf dem Zustand "1" während der anderen Hälfte dieser Periode. Im übrigen geht dieses Signal 2f vom Zustand "1" auf Zustand "0" zu jedem Zeitpunkt, wo das Signal 2d in den Zustand "1" geht, d.h. zu Beginn jedes Antriebsimpulses. Es gelangt demgemäß auf den Zustand "1" etwa zwei Millisekunden nach dem Beginn jedes Antriebsimpulses.In this example, the output 2f of divider 2 provides a periodic logic signal with a frequency of 256 Hz. Like the other signals supplied by the divider 2, this signal 2f is at state "0" for half of its period, ie for about 2 milliseconds, and at state "1" for the other half of this period. Moreover, this signal 2f goes from state "1" to state "0" at each instant when the signal 2d goes to state "1", ie at the beginning of each drive pulse. It therefore reaches state "1" approximately two milliseconds after the beginning of each drive pulse.

Man erkennt leicht, daß der Ausgang Q der Kippstufe 16 auf Zustand "1" zu Beginn jedes Antriebsimpulses geht, auf Zustand "0" etwa zwei Millisekunden später zurückkehrt und in diesem Zustand "0" bleibt bis zum Beginn des folgenden Antriebsimpulses.It is easy to see that the output Q of the flip-flop 16 goes to state "1" at the beginning of each drive pulse, returns to state "0" about two milliseconds later and remains in this state "0" until the beginning of the following drive pulse.

Man erkennt außerdem leicht, daß dann, wenn der Rotor des Motors M eine korrekte Position zu Beginn eines Antriebsimpulses einnimmt, der Impuls, erzeugt am Ausgang 14a des Gatters 14 zum Zeitpunkt, wo die von diesem Motor M gelieferte mechanische Energie ihren Maximalwert erreicht, blockiert wird durch das Gatter 17, da in diesem Fall dieser Impuls 14a mehr als zwei Millisekunden nach dem Beginn dieses Antriebsimpulses erzeugt wird, und der Ausgang Q der Kippstufe 16 demgemäß im Zustand "0" ist.It is also easy to see that when the rotor of the motor M occupies a correct position at the beginning of a drive pulse, the pulse generated at the output 14a of the gate 14 at the moment when the mechanical energy supplied by this motor M reaches its maximum value is blocked by the gate 17, since in this case this pulse 14a is generated more than two milliseconds after the beginning of this drive pulse and the output Q of the flip-flop 16 is accordingly in the "0" state.

Wenn hingegen der Rotor des Motors M nicht die Position entsprechend der Polarität eines Antriebsimpulses bei Beginn desselben einnimmt, wird der Impuls, erzeugt vom Ausgang 14a des Gatters 14 zum Zeitpunkt, wo die von diesem Motor M gelieferte mechanische Energie ihren Maximalwert durchläuft, an den Ausgang 17a des Gatters 17 übertragen, da in diesem Fall der Ausgang Q der Kippstufe 16 zu diesem Zeitpunkt noch im Zustand "1" ist. Dieser in diesem Fall an diesem Ausgang 17a des Gatters 17 erscheinende Impuls bildet demgemäß ein Erkennungssignal, das anzeigt, daß der Rotor des Motors M nicht seine Position entsprechend der Polarität des laufenden Antriebsimpulses einnimmt.If, on the other hand, the rotor of the motor M does not assume the position corresponding to the polarity of a drive pulse at the start of the same, the pulse generated by the output 14a of the gate 14 at the time when the mechanical energy supplied by this motor M passes through its maximum value is transmitted to the output 17a of the gate 17, since in this case the output Q of the flip-flop 16 is still in the "1" state at this time. This pulse appearing in this case at this output 17a of the gate 17 therefore constitutes a detection signal indicating that the rotor of the motor M does not assume its position corresponding to the polarity of the current drive pulse.

Der Schaltkreis der Fig. 6 umfaßt einen zweiten numerischen Komparator, mit Bezugszeichen 18 markiert, dessen erste Eingänge 18a bis 18h mit den Ausgängen 4e bis 41 der Meßschaltung 4 verbunden sind und demgemäß die Binärzahl N, von jenem definiert, erhalten.The circuit of Fig. 6 comprises a second numerical comparator, marked with reference numeral 18, whose first inputs 18a to 18h are connected to the outputs 4e to 41 of the measuring circuit 4 and thus receive the binary number N defined by the latter.

Die zweiten Eingänge dieses Komparators 18, mit 18i bis 18p bezeichnet, erhalten permanent eine andere Binärzahl N', gebildet von den Logikzuständen "0" und "1" dieser Eingänge.The second inputs of this comparator 18, designated 18i to 18p, permanently receive a different binary number N', formed by the logic states "0" and "1" of these inputs.

Diese Zahl N' ist festliegend und wird derart gewählt, daß sie einerseits kleiner ist als ein Maximalwert, der von der Zahl N während eines Antriebsimpulses erreicht wird, wenn der Rotor des Motors M zu Beginn dieses Impulses eine Winkelposition einnimmt entsprechend der Polarität desselben und wenn das Lastmoment auf den Rotor bei seinem Minimalwert einwirkt, und andererseits größer ist als der Maximalwert, der von dieser Zahl N erreicht wird, wenn zu Beginn eines Antriebsimpulses der Rotor nicht seine Position entsprechend der Polarität desselben einnimmt.This number N' is fixed and is chosen in such a way that, on the one hand, it is smaller than a maximum value reached by the number N during a drive pulse when the rotor of the motor M, at the beginning of this pulse, occupies an angular position corresponding to the polarity of the latter and when the load torque acts on the rotor at its minimum value, and, on the other hand, it is greater than the maximum value reached by this number N when, at the beginning of a drive pulse, the rotor does not assume its position corresponding to the polarity of the latter.

Da der erste oben erwähnte Maximalwert drei- bis zehnmal größer ist als der zweite, ist es immer möglich, eine Zahl N' zu finden, die diesen beiden Bedingungen genügt.Since the first maximum value mentioned above is three to ten times larger than the second, it is always possible to find a number N' that satisfies both of these conditions.

Der Komparator 18 umfaßt ferner einen Ausgang 18q, und ist derart ausgebildet, daß dieser auf dem Logikzustand "1" ist, wenn die Zahl N kleiner oder gleich der Zahl N' ist, und auf dem Logikzustand "0", wenn diese Zahl N größer als diese Zahl N' ist.The comparator 18 further comprises an output 18q, and is designed such that it is in the logic state "1" when the number N is less than or equal to the number N', and in the logic state "0" when this number N is greater than this number N'.

Dieser Ausgang 18q ist verbunden mit einem ersten Eingang eines UND-Gatters 19, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang 14a des Gatters 14 verbunden ist. Der Ausgang 19a dieses Gatters 19 ist mit dem Eingang 3f des Formierschaltkreises 3 verbunden, der identisch mit dem Formierschaltkreis 3 der Schaltung der Fig. 5 ist.This output 18q is connected to a first input of an AND gate 19, the second input of which is connected to the output 14a of the gate 14. The output 19a of this gate 19 is connected to the input 3f of the forming circuit 3, which is identical to the forming circuit 3 of the circuit of Fig. 5.

Der Rest der Vorrichtung ist identisch mit jener der Fig. 1 und in dieser Fig. 6 nicht wiedergegeben.The rest of the device is identical to that of Fig. 1 and is not shown in this Fig. 6.

Man erkennt leicht, daß dann, wenn zu Beginn eines Antriebsimpulses der Rotor des Motors M eine Position entsprechend der Polarität dieses Impulses hat, die Zahl N den Wert der Zahl N' erreicht und überschreitet, bevor sie ihren Maximalwert erreicht.It is easy to see that if, at the beginning of a drive pulse, the rotor of the motor M has a position corresponding to the polarity of this pulse, the number N reaches and exceeds the value of the number N' before reaching its maximum value.

In diesem Fall ist demgemäß der Ausgang 18q des Komparators 18 auf Logikzustand "0", wenn der Ausgang 14a des Gatters 14 in der oben beschriebenen Weise den Impuls abgibt, der anzeigt, daß die von dem Motor M gelieferte mechanische Energie ihren Maximalwert erreicht hat. Dieser Impuls wird demgemäß durch das Gatter 19 blockiert.In this case, the output 18q of the comparator 18 is therefore at logic state "0" when the output 14a of the gate 14 emits, in the manner described above, the pulse indicating that the mechanical energy supplied by the motor M has reached its maximum value. This pulse is therefore blocked by gate 19.

Wenn hingegen der Rotor des Motors M nicht die Position entsprechend der Polarität eines Antriebsimpulses zu Beginn dieses letzteren einnimmt, ist die Zahl N kleiner als die Zahl N' zum Zeitpunkt, wo sie ihren Maximalwert durchläuft. Der Ausgang 18q des Komparators 18 ist demgemäß zu diesem Zeitpunkt noch auf Zustand "0", und der von dem Ausgang 14a des Gatters 14 erzeugte Impuls wird auf den Ausgang 19a des Gatters 19 übertragen. Dieser an diesem Ausgang 19a des Gatters 19 erscheinende Impuls bildet demgemäß ebenfalls ein Erkennungssignal zur Anzeige dafür, daß der Rotor des Motors M nicht die Position entsprechend der Polarität des laufenden Antriebsimpulses einnimmt. Dieses Signal ist demgemäß durchaus äquivalent jenem, das in der oben beschriebenen Weise von der Schaltung der Fig. 5 geliefert wird.If, on the other hand, the rotor of the motor M does not assume the position corresponding to the polarity of a drive pulse at the start of the latter, the number N is less than the number N' at the moment when it passes through its maximum value. The output 18q of the comparator 18 is therefore still at the "0" state at this moment and the pulse generated by the output 14a of the gate 14 is transmitted to the output 19a of the gate 19. This pulse appearing at this output 19a of the gate 19 therefore also constitutes a detection signal indicating that the rotor of the motor M does not assume the position corresponding to the polarity of the current drive pulse. This signal is therefore entirely equivalent to that provided by the circuit of Fig. 5 in the manner described above.

Unabhängig davon, welche Schaltung für seine Bereitstellung verwendet wird, kann dieses Erfassungssignal beispielsweise von dem Formierschaltkreis 3 verwendet werden, der demgemäß in entsprechender Weise ausgebildet werden muß, um an den Motor M ein oder mehrere zusätzliche Antriebsimpulse anzulegen, die als Aufholimpulse bezeichnet werden und dazu bestimmt sind, den Rotor dieses Motors M in eine korrekte Position zu bringen. Es ist ein solcher Fall, der in den Fig. 5 und 6 wiedergegeben ist, wo der Ausgang 17a des Gatters 17 bzw. der Ausgang 19a des Gatters 19 mit einem zusätzlichen Eingang 3f der Formierschaltung 3 verbunden sind.Whatever circuit is used to provide it, this detection signal can be used, for example, by the forming circuit 3, which must therefore be designed to apply to the motor M one or more additional drive pulses, called catch-up pulses, intended to bring the rotor of this motor M into a correct position. It is such a case that is shown in Figs. 5 and 6, where the output 17a of the gate 17 and the output 19a of the gate 19 are respectively connected to an additional input 3f of the forming circuit 3.

Eine solche Antriebsimpulsformierschaltung wird hier nicht beschrieben, weil ihr Aufbau abhängt von der Verwertung, die das Erfassungssignal erhalten soll, das von dem Ausgang 17a des Gatters 17 oder 19a des Gatters 19 geliefert wird, und weil ihre Konzeption zum Fachwissen gehört. Es sei einfach erwähnt, daß ein Beispiel einer solchen Schaltung insbesondere in dem Patent US-A-4 507 599 beschrieben ist.Such a drive pulse forming circuit is not described here because its structure depends on the use to be made of the detection signal supplied by the output 17a of the gate 17 or 19a of the gate 19 and because its design is within the scope of the art. It should simply be mentioned that an example of such a circuit is described in particular in patent US-A-4 507 599.

Es ist festzuhalten, daß während der oben erwähnten Aufholimpulse die von dem Motor gelieferte mechanische Energie sehr wohl gemessen werden kann und daß diese Aufholimpulse gleichermaßen zu dem Zeitpunkt unterbrochen werden können, wo diese mechanische Energie ihren Maximalwert durchläuft, oder nachdem sie eine bestimmte vorbestimmte Zeitdauer angehalten haben, wie dies oben im Falle der normalen Antriebsimpulse beschrieben worden ist.It should be noted that during the above-mentioned recovery pulses, the mechanical energy supplied by the engine can be measured and that these recovery pulses can equally be interrupted at the moment when this mechanical energy reaches its maximum value or after it has reached a certain predetermined period of time. stopped, as described above in the case of normal drive pulses.

Es ist auch festzuhalten, daß die Verwendung einer Detektorschaltung, wie jene der Fig. 5 oder der Fig. 6, es ermöglichen, den Formierschaltkreis derart zu konzipieren, daß dieser letztere die an die Spule des Motors M angelegte Spannung oder den in dieser Spule fließenden Strom in Abhängigkeit von der Erzeugung oder Nichterzeugung des oben beschriebenen Erfassungssignals variieren lassen kann.It should also be noted that the use of a detector circuit such as that of Fig. 5 or Fig. 6 makes it possible to design the forming circuit in such a way that the latter can vary the voltage applied to the coil of the motor M or the current flowing in this coil as a function of the generation or non-generation of the detection signal described above.

Beispielsweise kann die Formierschaltung 3 derart konzipiert werden, daß periodisch und progressiv die Spannung verringert wird, die sie an die Spule des Motors M anlegt, oder der Strom, den sie in der Spule fließen läßt, bis auf einen vorbestimmten Minimalwert oder bis dahin, daß die Detektorschaltung das Signal erzeugt zur Anzeige dafür, daß der Motor nicht korrekt funktioniert hat in Reaktion auf einen Antriebsimpuls.For example, the forming circuit 3 can be designed to periodically and progressively reduce the voltage it applies to the coil of the motor M or the current it causes to flow in the coil to a predetermined minimum value or to the point where the detector circuit generates the signal indicating that the motor has not functioned correctly in response to a drive pulse.

Diese Formierschaltung 3 kann demgemäß, immer nur als Beispiel, an die Spule des Motors M einen Aufholimpuls liefern, während welchem die an diese Spule angelegte Spannung oder der in dieser fließende Strom einen erhöhten vorbestimmten Wert hat, und danach wieder beginnen, diese Spannung oder diesen Strom zu verringern.This forming circuit 3 can therefore, always only as an example, deliver a catch-up pulse to the coil of the motor M, during which the voltage applied to this coil or the current flowing in it has an increased predetermined value, and then start again to reduce this voltage or current.

Man erreicht auf diese Weise eine Herabsetzung des elektrischen Energieverbrauchs des Motors M bis zu einem Wert, der praktisch gleich jenem des Verbrauchs desselben Motors ist, der dieselbe mechanische Last antreibt, wenn dieser in der Weise gesteuert wird, wie dies in dem Patent US-A-4 772 840, das bereits erwähnt wurde, beschrieben ist.A reduction in the electrical energy consumption of the motor M is thus achieved to a value practically equal to that of the consumption of the same motor driving the same mechanical load when it is controlled in the manner described in the patent US-A-4 772 840 already mentioned.

Claims

1. Method for controlling a stepping motor (M) with a coil and a rotor containing a permanent magnet magnetically coupled to the coil, which method comprises applying a drive pulse to the coil each time the rotor has to rotate one step and measuring the magnitude of the mechanical energy (Em) supplied by the motor (M) during the drive pulse, which measurement is based on a determination of this mechanical energy (Em) from values of the voltage and current applied to the motor coil, characterized in that it further comprises detecting, during each drive pulse, the moment at which the magnitude of the mechanical energy (Em) passes through a maximum value and begins to decrease, and interrupting the drive pulse at this moment.

2. Method according to claim 1, characterized in that the detection comprises the generation of a first (12a) and a second (7a) periodic signal which have the same frequency and each determine a plurality of first points in time (t1) or a plurality of second points in time (t2), deviating from the first points in time (t1), the storage of the value of the mechanical energy (Em) at each of the second points in time (t2) and the comparison, at each of the first points in time (t1), of the value of the mechanical energy (Em) with the value of the mechanical energy (Em) which was stored at the immediately preceding second point in time (t2).

3. Method according to claim 1, characterized in that it further comprises interrupting the drive pulse if the mechanical energy (Em) has not reached a maximum value at a time separated from the start of the drive pulse by a predetermined duration.

4. Device for controlling a stepping motor (M) with a coil and a rotor which has a magnetically coupled to the coil permanent magnets, which device comprises means (3) for applying a drive pulse to the coil each time the rotor has to rotate by one step, and means (4) for measuring the mechanical energy (Em) delivered by the motor (M) during each drive pulse, which measurement is based on a determination of this mechanical energy (Em) from values of the voltage and current applied to the coil of the motor, characterized in that it further comprises detection means (5 to 14) for generating, during each drive pulse, a detection signal at the instant when the mechanical energy (Em) passes through a maximum value and begins to decrease, and means responsive to the detection signal for interrupting the drive pulse at that instant.

5. Device according to claim 4, characterized in that the detection means (5 to 14) comprise means (7 to 13) for generating a first (12a) and a second (7a) periodic signal which have the same frequency and respectively determine a plurality of first times (t1) and a plurality of second times (t2) different from the first times (t1), means (5) which respond to the second signal (7a) for storing the value of the mechanical energy (Em) at each of the second times (t2) and means (6, 14) which respond to the first signal (12a) for comparing at each of the first times (t1) the value of the mechanical energy (Em) with the value of the mechanical energy (Em) which was stored at the immediately preceding second time (t2).

6. Device according to claim 4, characterized in that it further comprises means (16, 17, 18, 19) for generating a safety signal if the mechanical energy (Em) has not reached a maximum value at a time which is separated from the start of the drive pulse by a predetermined duration, and that the means for interrupting the drive pulse are designed such that they interrupt the drive pulse in response to the safety signal.